Комбинированный многослойный трос для усиления шины - RU2314376C2

Чертежи

Описание

Настоящее изобретение относится к комбинированным многослойным тросам, некоторые из которых можно использовать для усиления по меньшей мере одного защитного слоя коронной зоны шин тяжелых транспортных средств или транспортных машин для земляных работ и для других транспортных средств в целях усиления бортов шины в легких моторизованных транспортных средствах, таких как мотоциклы. Изобретение также раскрывает композитную ткань, выполненную с возможностью использования в качестве защитного слоя коронной зоны шин для указанных тяжелых транспортных средств или транспортных машин для земляных работ, также раскрывает проволочный сердечник борта шины для усиления бортов шины и раскрывает указанные шины.

Обычно стальные тросы для шин состоят из проволок из перлитной (или ферритно-перлитной) углеродистой стали, далее - "углеродистая сталь", с обычным содержанием углерода от 0,2 до 1,2%; при этом диаметр проволок в большинстве случаев равен 0,10 и 0,40 мм. Эта проволока должна обладать очень высоким пределом прочности на растяжение, обычно более 2000 МПа и предпочтительно выше 2500 МПа, обеспечиваемым благодаря структурному упрочнению, выполняемому во время холодного волочения проволоки. Проволоку затем составляют в виде тросов или жил, и для этого используемая сталь должна также обладать пластичностью при кручении, достаточной, чтобы выдерживать различные операции скрутки.

Известно, что шины для тяжелых транспортных средств, транспортных машин для земляных работ и легких транспортных средств обычно имеют каркасное усиление, закрепленное в двух бортах, над которым радиально установлено усиление коронной зоны, содержащее один или более рабочих слоев коронной зоны; при этом над самим усилением коронной зоны расположен протектор, соединенный с бортами шины двумя боковинами. Только для тяжелых транспортных средств или для транспортных машин для земляных работ усиление коронной зоны также имеет один или более защитных слоев коронной зоны, выполненных над рабочим слоем или слоями коронной зоны.

Защитные слои коронной зоны во время качения по существу выполняют функцию препятствия для проникновения посторонних предметов в радиальном направлении внутрь них, посторонних предметов, которые в особенности вредят шинам транспортных машин для земляных работ, поскольку они часто двигаются по грунту с острыми камнями.

Для укрепления каркасного усиления и рабочего слоя коронной зоны радиальных шин, таких как шины тяжелых транспортных средств, обычно используются стальные тросы, называемые "слоистыми" или многослойными тросами, состоящие из центрального сердечника и одного или более концентрических слоев нитей, располагаемых вокруг сердечника, чтобы обеспечить жесткость троса, почти равную совокупной жесткости образующих его нитей. Многослойные тросы в основном подразделяются на тросы компактной структуры и на тросы с трубчатыми или цилиндрическими слоями.

Такие многослойные тросы описаны в многочисленных публикациях. В частности, можно упомянуть следующие документы: GB-A-2080845; US-A-3922841; US-A-4158946; US-A-4488587; EP-A-168858; EP-A-176139 или US-A-4651513; EP-A-194011; EP-A-260556 или US-A-4756151; US-A-4781016; EP-A-362570; EP-A-497612 или US-A-5285836; EP-A-567334 или US-A-5661965; EP-A-568271; EP-A-648891; EP-A-601402 или US-A-5561974; EP-A-669421 или US-A-5595057; EP-A-675223; EP-A-709236 или US-A-5836145; EP-A-719889 или US-A-5967204; EP-A-744490 или US-A-5806296; EP-A-779390 или US-A-5802829; ЕР-А-834613 или US-A-6102095; WO-A-98/41682; RD (научные исследования и разработки) №316107, авг. 1990, стр.681; RD No.34054, авг. 1992, стр.624-33; RD No.34370, ноябрь 1992, стр.857-59; RD No. 34779, март 1993, стр.213-214; RD No.34984, май 1993, стр.333-334; RD No.36329, июль 1994, стр.359-365.

Многослойные тросы наиболее широко используются в каркасных усилениях, и рабочие слои коронной зоны радиальных шин являются по существу тросами, имеющими формулы [M+N] или [M+N+P]; при этом вторая формула в основном используется для самых крупных шин. Эти тросы сформированы известным образом из сердечника с числом М нитей, окруженного по меньшей мере одним слоем из N нитей, который, если необходимо, сам окружен внешним слоем из нитей числом Р; при этом М обычно находится в диапазоне от 1 до 4; N - от 3 до 12, и Р - от 8 до 20, в зависимости от конкретного применения; и в случае необходимости вся сборка взята в обруч внешней обручной нитью, намотанной спирально вокруг последнего слоя.

Патент США 4176705 А раскрывает комбинированный многослойный трос, в частности, для укрепления каркасного усиления шин тяжелых транспортных средств или транспортных машин для земляных работ. Внутренний слой этого троса состоит из многонитевого сердечника из неметаллического материала с пределом прочности на растяжение, равным этому пределу у стали; и из внешнего слоя троса, ненасыщенного и состоящего, например, из 6 металлических жил, каждая из которых содержит 4 проволоки, скрученные в направлении, противоположном направлению указанных жил, в структуре S-Z.

Неметаллический материал, образующий указанный многонитевой сердечник, предпочтительно арамидный, подобран специально для придания тросу жесткости, близкой к совокупной жесткости ее компонентов, и для обеспечения не меньшего совокупного предела прочности троса: в противоположность таким материалам, как алифатические сложные полиэфиры, предел прочности которых гораздо ниже, чем у стали. Этот арамидный сердечник также предназначен для заполнения зазоров между проволочными жилами, чтобы свести к минимуму коррозию троса при проникновении воды, и диаметр сердечника, соответственно, выбран равным диаметру каждой металлической жилы или более крупным.

Для усиления слоев защиты коронной зоны шин тяжелых транспортных средств или транспортных машин для земляных работ применяемые в настоящее время тросы не являются многослойными тросами, а многожильными тросами ("многожильные тросы"), составленными известными методами скрутки и состоящими, по определению, из множества металлических жил, скрученных вместе спирально; при этом каждая жила имеет множество стальных проволок, также скрученных вместе в спираль.

Нужно отметить, что большинство нитей, используемых в этих тросах для слоев защиты коронной зоны, имеют диаметр свыше 0,20 мм, например около 0,25 мм, который, в частности, крупнее диаметра нитей, используемых в тросах для каркасного усиления в шинах. Эти тросы для слоев защиты коронной зоны предназначены, с одной стороны, для придания оптимальной податливости на слое, их содержащем, в результате чего указанный слой защиты коронной зоны может лучше соответствовать форме препятствия, с которым он сталкивается во время качения, и, с другой стороны, позволяет ему противодействовать проникновению посторонних объектов внутрь него в радиальном направлении.

Также нужно отметить, что многожильные тросы должны быть полностью, в максимально возможной степени, пропитаны каучуком, чтобы тот приникал во все пространства между образующими трос проволоками. При этом, если таковое проникновение не является достаточным, то вдоль тросов образуются пустые каналы, и агрессивные вещества, например вода, которые могут проникать в шины, например, из-за порезов или других повреждений усиления коронной зоны шины, проходят по этим каналам через указанное усиление. Наличие влажности играет важную роль в возникновении коррозии и в ускорении усталости (т.н. явление "коррозионной усталости") по сравнению с использованием в сухой атмосфере.

Именно для усиления слоев защиты коронной зоны шин для транспортных машин для земляных работ согласно данному изобретению используются многожильные тросы формулы 4Ч6 (т.е. состоящие из 4 жил, каждая из которых состоит из 6 стальных проволок) в шинах транспортных машин для земляных работ размера "40.00 R57 XDR", которые продаются на рынке, при этом каждая проволока в жиле имеет, например, диаметр 0,26 мм. Опыт показывает, что эти тросы полностью соответствуют этой функции усиления, поскольку они, в частности, задерживают появление и распространение перфорации или порезов между протектором и слоями защиты коронной зоны.

Задача настоящего изобретения заключается в обеспечении нового троса, в частности, используемого для усиления по меньшей мере одного слоя защиты коронной зоны шины тяжелого транспортного средства или транспортной машины для земляных работ; причем данное изобретение разработано, когда было обнаружено, что применение многослойного комбинированного троса, состоящего по меньшей мере из одного неметаллического материала, имеющего относительное удлинение при разрыве Ar при 20° свыше 6% для образования внутреннего слоя, формирующего сердечник троса, который содержит ненасыщенный внешний слой, содержащий жилы, которые по меньшей мере частично металлические и скручены спирально вокруг внутреннего слоя: придает указанному тросу относительное удлинение при разрыве At, измеряемое натяжением согласно стандарту ISO 6892 от 1984 г., превышающее 7%.

Согласно настоящему изобретению многослойные тросы можно целесообразным образом использовать вместо упоминаемых выше тросов, составляемых из многих жил и в настоящее время используемых для усиления этих слоев защиты коронной зоны, поскольку они имеют относительное удлинение при разрыве At (т.е. общее удлинение At, которое является суммой структурного As, упругого Ае и пластичного Ар удлинений), гораздо большее, чем удлинение известных тросов.

Показательно, что упомянутый выше многожильный трос формулы 4 х 6 имеет относительное удлинение при разрыве At, измеряемое натяжением согласно стандарту ISO 6892 от 1984 г., равное 5,4% (это сумма указанных относительных удлинений As, Ae и Ар, которые равны 1,9%, 2,3% и 1,2% соответственно).

Это высокое значение относительного удлинения при разрыве At тросов согласно настоящему изобретению и обусловленная этим повышенная податливость указанных тросов обеспечивают уменьшение, при значительных напряжениях, натяжения слоев защиты коронной зоны, усиленных этими тросами; и в частности, это обстоятельство снижает чувствительность слоев к расширению порезов и, особенно, к коррозионному повреждению.

Нужно отметить, что это высокое значение At получено при использовании в указанном внутреннем слое материала, жесткость которого гораздо ниже жесткости стали, используемой для жил; например текстильного материала, состоящего из алифатического полиамида, алифатического сложного полиэфира или гидратцеллюлозного волокна (в противоположность, например, арамиду, который нельзя использовать в настоящем изобретении, т.к. его относительное удлинение при разрыве At при 20^о составляет около 3%, что ближе к удлинению стали холодного волочения - около 1, 8%).

Внутренний слой предпочтительно выполнен по меньшей мере из текстильного материала, удлинение которого свыше 10% при разрыве Ar при 20^оС.

Также нужно отметить, что внутренний слой тросов согласно настоящему изобретению по существу придает слою защиты коронной зоны, усиленной этими тросами, с одной стороны, упругость во время изготовления шины и, с другой стороны, снижает жесткость во время ее напряжения при качении.

Внешний слой тросов согласно настоящему изобретению представляет собой трубчатый слой из N жил, который называется "ненасыщенным" или "незавершенным", по определению означая, что имеется достаточное пространство в этом трубчатом слое, чтобы ввести по меньшей мере (N+1)-ю жилу того же диаметра, что и у других, при этом несколько жил из числа N могут контактировать друг с другом. Взаимно трубчатый слой может быть охарактеризован как "насыщенный" или "завершенный", если в нем нет достаточного пространства для введения по меньшей мере (N+1)-й жилы того же диаметра.

Кроме того, нужно отметить, что этот ненасыщенный внешний слой способствует проникновению каучука вокруг внутреннего слоя (т.е. между жилами), что в еще большей степени содействует уменьшению повреждения от коррозии.

Предпочтительно комбинированные многослойные тросы согласно настоящему изобретению могут иметь относительное удлинение при разрыве At, также измеряемое натяжением согласно стандарту ISO 6892 от 1984 г., равное 10% или более и более предпочтительно равное 12% или более.

Указанный внутренний слой, образующий сердечник троса согласно настоящему изобретению, может состоять из одиночной нити или нескольких нитей, скрученных вместе для формирования троса (или "крученую комплексную нить"); причем в данном описании термин "нить" может также означать:

- волокно из многих нитей, состоящее из элементарных нитей небольшого диаметра, параллельных друг другу;

- нить из множества таких отдельных скрученных нитей (эта нить, часто называемая специалистами в данной области техники "трощеной нитью", может состоять из приблизительно сотни отдельных нитей, каждая диаметром около 10 микрон) или

- одиночную мононить.

В данном контексте "мононить" означает одиночную нить с диаметром или толщиной D (т.е. наименьший поперечный габарит ее поперечного сечения, если она не круглая) свыше 100 микрон. Таким образом, это определение включает в себя и мононити по существу цилиндрической формы (т.е. круглого поперечного сечения), и продолговатые мононити, нити плоской формы или даже полосы или пленки толщиной D.

В данном описании линейная масса каждого неметаллического элемента, такого как внутренний слой или сердечник, определяется по меньшей мере по трем образцам, каждый длиной в 50 м, путем взвешивания этой длины неметаллического элемента. Линейная масса дается в "тексах" (вес в граммах 1000 метров неметаллического элемента; при этом 0,111 текса=1 "денье"), после предварительной обработки, которая заключается в том, что каждый неметаллический элемент (после высушивания) выдерживается по меньшей мере в течение 24 часов в стандартной атмосфере согласно Европейскому стандарту DIN EN 20139 (температура 20

Механические свойства при натяжении (прочность на разрыв, исходный модуль, относительное удлинение при разрыве Ar) каждого неметаллического элемента определяются известным образом с помощью устройства, проверяющего прочность на растяжение компании ZWICK GmbH & Co. (Германия) типов 1435-1445. Каждый неметаллический элемент подвергается растяжению при первоначальной длине 400 мм с нормативной скоростью 50 мм/мин. Все результаты, приводимые в следующем ниже описании, даны по 10 измерениям, выполненным после указанной обработки.

Прочность на разрыв (усилие разрыва, деленное на линейную массу) и исходный модуль указываются в "сН/текс" (при этом 1 сН/текс=0,11 г/ден). Исходный модуль определяется как уклон линейной части кривой "усилие-удлинение", возникающий после нормативного предварительного натяжения величиной 0,5 сН/текс. Относительное удлинение при разрыве указывается в процентах.

Диаметр D мононитей определяется вычислением, исходя из линейной массы мононитей, их плотности, с помощью следующей формулы:

D=2,10^1,5 [Ti/

где D - микроны, Ti - линейная масса (текс), ρ - плотность, г/куб·см.

В случае мононити с некруглым поперечным сечением, т.е. мононити, не имеющей по существу цилиндрической формы, параметр D, который тогда представляет наименьший размер мононити в плоскости, перпендикулярной к ее оси, определяется не вычислением, а экспериментально, путем оптической микроскопии сечения мононити, которая, например, помещается в полимер для облегчения ее нарезания.

Согласно приводимому в качестве примера осуществлению настоящего изобретения указанный внутренний слой, формирующий сердечник троса согласно настоящему изобретению, выполнен из алифатического полиамида, предпочтительно из полиамида 6.6.

Согласно еще одному приводимому в качестве примера осуществлению настоящего изобретения указанный внутренний слой выполнен из алифатического сложного полиэфира (PET), предпочтительно из полиэтилентерэфталата или полиэтиленнафталата (PEN).

Согласно еще одному приводимому в качестве примера осуществлению настоящего изобретения указанный внутренний слой выполнен из гидратцеллюлозного волокна. Согласно еще одному приводимому в качестве примера осуществлению настоящего изобретения внутренний слой выполнен из поливинилового спирта (PVA).

Согласно еще одному приводимому в качестве примера осуществлению настоящего изобретения указанный внутренний слой, образующий сердечник, является мононитью.

Согласно еще одному приводимому в качестве примера осуществлению настоящего изобретения внутренний слой является мононитевым и может, как вариант, состоять из одной или более нитей, каждая из которых состоит из множества элементарных нитей; или состоять из одной или более трощеных нитей, каждая из которых получена соединением вместе нескольких нитей, или одной или более скрученных нитей, каждая состоящая из нескольких трощеных нитей, скрученных вместе, или из текстильного троса.

Нужно обратить внимание, что этот многонитевой сердечник имеет то преимущество, что остается в осевом направлении короче, чем внешний слой троса согласно настоящему изобретению, что облегчает сварку вместе двух концов троса и создание прядей "прямонитевых" тросов. При этом себестоимость этого многонитевого сердечника более низкая.

В соответствии с еще одной характеристикой настоящего изобретения каждая жила указанного внешнего слоя числом от 3 до 12 имеет по меньшей мере 3 нити, все из которых могут или не могут быть металлическими проволоками и которые намотаны спирально с шагом, равным шагу намотки указанных жил на указанном внутреннем слое, или с более крупным шагом.

Указанные металлические проволоки в жилах выполнены, например, из стали с содержанием углерода от 0,2 до 1,2% и предпочтительно от 0,5 до 1,0%.

Трос согласно настоящему изобретению предпочтительно имеет внутренний слой диаметром d_i,d_i', на котором указанные жилы числом N или N' намотаны спирально с шагом р_i,р_i', и поэтому каждая жила может содержать по выбору:

(а) либо n металлических проволок диаметром d_е, намотанных вместе спирально с шагом р_е, либо содержащих n-1 проволок, намотанных вокруг проволоки сердечника для жилы с шагом р_е',при этом указанный трос должен удовлетворять всем перечисляемым ниже условиям:

(ai) указанный внутренний слой образован материалом, имеющим относительное удлинение при разрыве Ar при 20°С свыше 6%;

(aii) 0,17

(aiii) 1,1d_е

(aiv) 3

(av) 3

(avi) 5d_i

(avii) р_е

(b) либо m металлических проволок диаметром d_е', намотанных спирально с шагом р_е^'' вокруг неметаллической нити сердечника диаметром d_fa,при этом указанный трос должен удовлетворять всем перечисляемым ниже условиям:

(bi) указанный внутренний слой образован из одинаковых или разных материалов, имеющих относительное удлинение при разрыве Ar при 20^оС свыше 6%;

(bii) 0,17

(biii) 1,1d_e^'

(biv) 1,1 (d_fa+ 2 d_e^')

(bv) 3

(bvi) 5

(bvii) 10d_i^'

(bviii) р_е^'

Трос согласно настоящему изобретению предпочтительно выполнен таким образом, что указанные нити каждой жилы, с одной стороны, и указанные жилы, с другой стороны, намотаны в одном направлении скручивания (направление S/S или Z/Z).

В рассматриваемом выше выполнении (а), в котором каждая жила полностью металлическая, трос согласно настоящему изобретению отвечает следующему условию:

(aviii) 1,5р_е

также в этом выполнении (а) трос согласно настоящему изобретению более предпочтительно соответствует следующему отношению:

(aix) 4

Согласно первому приводимому в качестве примера осуществлению указанного выполнения (а): трос согласно настоящему изобретению имеет N=4 металлические жилы, каждая из которых состоит из n=6 металлических проволок, т.е. из металлической проволоки-сердечника, вокруг которого спирально намотаны 5 других металлических проволок. Таким образом, трос имеет формулу 1+4×(1+5). В качестве неограничивающего примера внутренний слой троса может целесообразным образом состоять из мононитей алифатического полиамида, алифатического сложного полиэфира, поливинилового спирта или гидратцеллюлозного волокна; причем эта мононить имеет диаметр от 0,6 мм до 0,8 мм.

Согласно второму приводимому в качестве примера осуществлению указанного выполнения (а) трос согласно настоящему изобретению имеет N=5 металлических жил, каждая из которых состоит из n=6 металлических проволок, т.е. из металлической проволоки-сердечника, вокруг которого спирально намотаны 5 других металлических проволок. Таким образом, трос имеет формулу 1+5×(1+5). В качестве неограничивающего примера внутренний слой этого троса может целесообразным образом состоять из мононитей алифатического полиамида, алифатического сложного полиэфира, поливинилового спирта или гидратцеллюлозного волокна; причем эта мононить имеет диаметр от 0,7 мм до 0,9 мм.

В указываемом выше выполнении (b), в котором каждая жила только отчасти металлическая, трос согласно настоящему изобретению предпочтительно отвечает следующему отношению:

(bix) 1,5р_е^''

Также согласно выполнению (b) трос согласно настоящему изобретению более предпочтительно отвечает следующему условию:

(bx) 4

В осуществлении согласно указанному выполнению (b) трос согласно настоящему изобретению имеет N=3 жилы, каждая из которых состоит из 7 нитей, а именно из неметаллической нити сердечника, вокруг которой спирально намотаны m=6 металлических проволок. Таким образом, трос имеет формулу 1+3×(1+6). Например, внутренний слой троса и указанная нить сердечника могут предпочтительно состоять из мононитей алифатического полиамида, алифатического сложного полиэфира, поливинилового спирта или гидратцеллюлозного волокна.

Комбинированные многослойные тросы согласно настоящему изобретению изготавливаются методом скручивания, по существу состоящим из следующих этапов:

- намотка жил внешнего слоя спирально вокруг внутреннего слоя с предварительным шагом скручивания;

- выполнение перекручивания, предназначаемого для уменьшения указанного предварительного шага, т.е. для увеличения угла спирали внешнего слоя и, следовательно, его спиральной кривизны, и

- стабилизирование троса, выполняемое раскруткой для обеспечения нулевого остаточного крутящего момента.

Необходимо отметить, что для использования в слоях защиты коронной зоны общий диаметр комбинированных многослойных тросов согласно настоящему изобретению предпочтительно превышает 2 мм, и более предпочтительно указанный диаметр имеет значения от 2,2 до 4 мм.

Указанный способ скручивания, выполняемый для получения троса согласно настоящему изобретению, предусматривает избыточную кривизну на внешнем слое жил троса, которая отделяет его от внутреннего слоя. Эта кривизна определяется, с одной стороны, диаметром спирали внешнего слоя и, с другой стороны, шагом спирали или углом спирали указанного внешнего слоя (угол, измеряемый относительно оси троса).

Необходимо отметить, что внутренний слой тросов согласно настоящему изобретению позволяет увеличение как диаметра спирали, так и угла спирали.

Согласно настоящему изобретению угол спирали относительно большой: от 25 до 45^о.

Упругость внутреннего слоя позволяет части приложенного к нему первоначального напряжения оставаться и в тросе, получаемом в итоге указанного способа, чтобы указанный внешний слой подвергался сжатию, что способствует значительному увеличению структурного удлинения As троса (которое пропорционально tg² (углу спирали). Удлинение As увеличивается в еще большей степени благодаря тому, что внешний слой состоит из жил.

Композитная ткань согласно настоящему изобретению может использоваться в качестве слоя защиты коронной зоны шины для тяжелых транспортных средств или транспортных машин для земляных работ и имеет состав каучука на основе по меньшей мере одного диенового эластомера, усиленного армирующими элементами, состоящими из тросов согласно настоящему изобретению.

Этот состав каучука основан (т.е. сформирован) по меньшей мере на одном диеновом эластомере и кроме этого диенового эластомера содержит все обычные ингредиенты, такие как усиливающий наполнитель, сшивающая система и прочие добавки, использующиеся в составе каучука для шин.

Как известно, "диеновый" эластомер означает эластомер, получаемый по меньшей мере частично (т.е. гомополимер или сополимер) из диеновых мономеров, т.е. мономеров, имеющих две двойные связи "углерод-углерод", как сопряженные, так и не сопряженные.

Как правило, в данном контексте "по существу ненасыщенный" диеновый эластомер означает эластомер, получаемый по меньшей мере отчасти из сопряженных диеновых мономеров, с содержанием элементов или единиц диенового происхождения (сопряженные диены) свыше 15% (моль %). Так, например, такие диеновые эластомеры, как бутиловые каучуки или сополимеры диенов и альфа-олефинов типа сополимера этилена, пропилена и диенового мономера, не входят в указанное определение и могут, в частности, характеризоваться как "по существу насыщенные" диеновые эластомеры (имеющие низкое или очень низкое содержание единиц диенового происхождения, всегда ниже 15%).

В категории "по существу ненасыщенных" диеновых эластомеров термин "сильно ненасыщенный" диеновый эластомер, в частности, означает диеновый эластомер с содержанием единиц диенового происхождения (сопряженных диенов) свыше 50%.

Согласно приведенным выше определениям диеновый эластомер состава согласно настоящему изобретению предпочтительно выбирают из группы, состоящей из полибутадиенов, природного каучука, синтетических полиизопренов, различных сополимеров бутадиена, различных сополимеров изопрена и из смесей этих эластомеров.

Среди полибутадиенов особо целесообразными являются полибутадиены с содержанием 1, 2 единиц от 4% до 80% или с содержанием цис-1, 4 свыше 80%. Из числа синтетических полиизопренов особо целесообразными являются цис-1, 4 полиизопрены, предпочтительно с содержанием цис-1, 4 связей свыше 90%. Из числа сополимеров бутадиена или изопрена особо предпочтительными являются сополимеры, получаемые сополимеризацией по меньшей мере одного из этих двух мономеров с одним или более винил-ароматическими соединениями, имеющими 8-20 атомов углерода. Подходящими винил-ароматическими соединениями являются, например, стирол, орто-, мета- или параметилстирол, выпускаемая промышленностью смесь "винил-толуол", пара-тертиобутилстирол, метоксистиролы, хлоростиролы, винилмезитилаза, дивинилбензол или винилнафталин. Сополимеры могут содержать от 99 до 20 вес.% диеновых единиц и от 1 до 80 вес.% винил-ароматических единиц. Из числа указанных сополимеров бутадиена или изопрена в качестве предпочтительных можно упомянуть сополимеры бутадиена и стирола, сополимеры изопрена и бутадиена, сополимеры изопрена и стирола или сополимеры изопрена, бутадиена и стирола.

Вкратце, предпочтительный диеновый эластомер выбирают из группы сильно ненасыщенных диеновых эластомеров, состоящих из полибутадиенов (БП), природного каучука, синтетических полиизопренов, сополимеров бутадиена и стирола (БС), сополимеров изопрена и бутадиена, сополимеров изопрена и стирола, сополимеров бутадиена, стирола и изопрена и из смесей этих эластомеров.

Более предпочтительно, чтобы основная часть (т.е. свыше 50 вес.%) эластомерной основы состава каучука согласно настоящему изобретению была диеновым эластомером, состоящим из природного каучука или синтетического полиизопрена, наиболее оптимально - из каучука.

Однако согласно еще одному предпочтительному осуществлению настоящего изобретения можно также использовать смеси этих полиизопренов с другими сильно ненасыщенными диеновыми эластомерами, в частности с указанными БС или ПВ эластомерами.

Разумеется, каучуковые основы композитных тканей согласно настоящему изобретению могут содержать один или более диеновых эластомеров, которые можно использовать с любым типом недиеновых синтетических эластомеров или, конечно, с полимерами, не являющимися эластомерами, например с термопластами.

Каучуковые составы композитных тканей согласно настоящему изобретению также содержат все или некоторые присадки, обычно используемые при изготовлении шин, такие как усиливающие наполнители - углеродная сажа, и/или неорганические усиливающие наполнители - кремнезем, такие предотвращающие старение вещества, как антиокислители, масла для наполнения, пластификаторы или вещества, содействующие использованию составов в неотвержденном состоянии; сшивающая система либо на основе серы, либо на донорах серы и/или на основе перекиси, ускорителях, активизаторах или замедлителях вулканизации, акцепторах и донорах метилена, смолах, таких известных системах усиления адгезии, как РФС-системы (резорцинол-формальдегидные-кремниевые), или соли металлов, в частности соли кобальта.

Композитная ткань согласно настоящему изобретению может принимать различные формы, например форму слоя, планки, узкой полосы или блока каучука, где металлическое усиление вводится различными известными из уровня техники средствами, такими как формование, каландрование или прессование.

Согласно еще одной характеристике композитной ткани согласно настоящему изобретению в сшитом состоянии указанный каучуковый состав имеет модуль сдвига М10 согласно стандарту ASTM D 412 от 5 до 12 МПа и предпочтительно от 6 до 11 МПа.

Тросы согласно настоящему изобретению расположены параллельно друг другу в композитной ткани: с одной стороны, с плотностью ("d") тросов на дм ткани; и, с другой стороны, с каучуковой "перемычкой" между двумя соседними тросами (эта ширина, далее обозначаемая как "L", в мм, представляет, как известно, разницу между интервалом каландрования или укладки троса в ткани и диаметром указанного троса), причем d и L определяются относительно определенного требуемого усиления в соответствии с настоящим изобретением, т.е. для усиления слоя защиты коронной зоны шины для тяжелых транспортных средств или транспортных машин для земляных работ.

В случае композитной ткани согласно настоящему изобретению, составляющей слой защиты коронной зоны для транспортных машин для земляных работ, расстояние от оси до оси двух соседних тросов составляет, например, от 3 до 4 мм. Ниже минимума указываемого значения каучуковая перемычка, будучи слишком узкой, подвергается риску механического разрушения под воздействием работающего слоя, в частности в результате деформаций, испытываемых в ее собственной плоскости при растяжении или сдвиге. Сверх указанного максимума повышается риск появления прорезей между тросами.

Композитная ткань согласно настоящему изобретению такова, что ее плотность d тросов предпочтительно от 20 до 40 тросов на кв.дм ткани.

Согласно еще одной характеристике композитной ткани согласно настоящему изобретению ширина L каучуковой перемычки между двумя соседними тросами составляет от 0,5 до 1,3 мм и предпочтительно от 0,6 до 0,9 мм.

Проволочный сердечник борта согласно настоящему изобретению предназначен для усиления борта шины легких транспортных средств, таких как мотоциклы, и представляет собой комбинированный многослойный трос согласно третьему примеру осуществления настоящего изобретения описываемого выше выполнения (а); этот трос содержит N=7 металлических жил, каждая из которых состоит из n=3 металлических проволок, скрученных спирально.

Покрышка пневматической шины тяжелого транспортного средства или транспортной машины для земляных работ согласно настоящему изобретению обычно имеет каркасное усиление, закрепленное в двух бортах и над которым радиально установлено усиление коронной зоны, содержащее, с одной стороны, один или более рабочих слоев коронной зоны и, с другой стороны, один или более слоев защиты коронной зоны над указанными рабочим слоем или слоями коронной зоны; причем над указанным усилением коронной зоны расположен протектор, соединенный с указанными бортами двумя боковинами, в результате чего по меньшей мере один из указанных слоев защиты коронной зоны содержит композитную ткань согласно настоящему изобретению.

Согласно еще одной особенности настоящего изобретения шина для легких транспортных средств, таких как мотоцикл, с каркасным усилением, закрепленным в двух бортах, выполнена таким образом, что указанные борта усилены бортовой проволокой согласно настоящему изобретению.

Описываемые выше и также другие характеристики настоящего изобретения будут лучше поняты из приводимого ниже описания нескольких приведенных в качестве примера осуществлений настоящего изобретения, которые излагаются только для пояснения, но не для ограничения настоящего изобретения; при этом указанное описание ссылается на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1 - сечение комбинированного многослойного троса согласно первому осуществлению настоящего изобретения: жилы внешнего слоя полностью металлические;

фиг.2 - сечение комбинированного многослойного троса согласно второму осуществлению настоящего изобретения: жилы внешнего слоя только частично металлические; и

фиг.3 - график "усилие (daN)-деформация (%)", иллюстрирующий прочность на растяжение и относительное удлинение при разрыве "контрольного" многожильного троса и двух комбинированных многослойных тросов согласно настоящему изобретению для указанных отдельных тросов перед их включением в соответствующую композитную ткань.

Примеры тросов согласно настоящему изобретению по сравнению с "контрольным" тросом:

Фиг.1 показывает первое осуществление комбинированного многослойного троса С согласно настоящему изобретению со ссылкой на упоминаемое выше выполнение (а), где указанный внешний слой полностью металлический.

Этот трос С содержит неметаллический внутренний слой С_i, формирующий его сердечник, и ненасыщенный внешний слой С_е, имеющий N жил Т (для ясности показаны только 5 жил), которые являются полностью металлическими и намотаны спирально с шагом p_i вокруг внешнего слоя С_i, c диаметром d_i.

Согласно фиг.1 каждая жила Т содержит n металлических проволок f_m диаметром d_e, скрученных в спираль с шагом р_е. Согласно настоящему изобретению внутренний слой С_i выполнен из указанного материала, имеющего относительное удлинение при разрыве при 20^о свыше 6%.

Таким образом, трос С согласно фиг. 1 соответствует третьему приводимому в качестве примера осуществлению указанного выполнения (а), имеющего формулу 1×7×3. В этом третьем примере трос С содержит, с одной стороны, внутренний слой С_i из "обычной" мононити полиэтилентерефталата с диаметром d_i 0,8 мм и, с другой стороны, N=7 жил, каждая из которых состоит из n=3 стальных проволок диаметром 0, 23 мм. В этом тросе С шаги p_e и p_iсоставляют соответственно 5,5 и 10 мм в направлениях намотки S/S (см. стрелки S на фиг.1).

Первый вариант троса С (обозначен как С₁) согласно настоящему изобретению представлен в верхней части графика фиг.3 - напротив кривой "усилие-деформация", которая характеризует трос С₁.

В этом первом варианте каждая жила Т₁троса С₁имеет n-1 металлических проволок f_m, намотанных на нить сердечника f_a с шагом р_е'. Трос С₁ соответствует указанному первому осуществлению указанного выполнения (а) и имеет формулу 1+4х(1+5). Согласно этому первому примеру трос С₁ содержит, с одной стороны, внутренний слой C_i, состоящий из мононити холодного волочения из полиамида 6.6 (Nylon® c прочностью на разрыв 46 сН/текс и диаметром d_i 0,7 мм), и, с другой стороны, N=4 жил Т₁, каждая из которых содержит n=6 стальных проволок, включая стальную проволоку сердечника f_a, вокруг которого спирально намотаны 5 других стальных проволок f_m. 6 проволок f_m, f_a каждой жилы Т₁имеют диаметр 0,26 мм, и указанные шаги р_е' и р_i соответственно равны 5,5 и 10 мм в направлениях намотки S/S.

Второй вариант согласно изобретению троса С на фиг.1 (обозначен как С₂) также представлен в верхней части графика фиг.3 напротив кривой "усилие-деформация", характеризующей указанный трос С_2..

В этом втором варианте также каждая жила Т₂троса С₂имеет n-1 металлических проволок f_m, намотанных на нить сердечника f_m c шагом р_е'. Трос С₂соответствует второму осуществлению указанного выполнения (а) и имеет формулу 1+4х(1+5). Согласно этому второму примеру трос С₂ содержит, с одной стороны, внутренний слой C_i, состоящий из мононити полиамида сортамента 6.6 (Nylon® c прочностью на разрыв 45 сН/текс и диаметром d_i 1 мм), и, с другой стороны, N=5 жил Т₂, каждая из которых содержит n=6 стальных проволок, включая стальную проволоку сердечника f_a, вокруг которого спирально намотаны 5 других стальных проволок f_m. 6 проволок f_m, f_a каждой жилы Т₂имеют диаметр 0,26 мм, и указанные шаги р_е' и р_i соответственно равны 5,5 и 10 мм в направлениях намотки S/S.

Фиг.2 показывает второе осуществление комбинированного многослойного троса С' согласно изобретению со ссылкой на упоминаемое выполнение (b), в котором указанный внешний слой является только частично металлическим.

Трос С' также содержит неметаллический внутренний слой C_i, образующий сердечник, и ненасыщенный внешний слой, образующий N' жил T', спирально намотанных с шагом p_i' вокруг внутреннего слоя С_i диаметром d_i'.

Фиг.2 показывает, что каждая жила T' содержит m металлических проволок f_m диаметром d_e', намотанных спирально с шагом p_e'' вокруг неметаллической нити сердечника f_a' диаметром d_fa. Согласно настоящему изобретению внутренний слой C_i и нить f_a' сердечника выполнены из тех же или других материалов, каждый из которых имеет относительное удлинение при разрыве при 20°С свыше 6%.

В частности, в приводимом в качестве примера осуществлении согласно фиг.2 трос С' имеет формулу 1+3х(1+6) с N=3 жилами, каждая из которых состоит из 7 нитей, включая нить сердечника f_a', вокруг которого спирально намотаны m=6 стальных проволок f_m. Внутренний слой C_i диаметром d_i' в 1 мм и нить сердечника f_a' диаметром d_fa в 6 мм являются, например, "обычной" нитью из полиэтилентерефталата. Указанные шаги p_e'' и p_i' составляют, например, 4,4 и 6,6 мм соответственно.

Далее излагаются механические свойства двух указанных выше тросов С₁ и С₂ согласно настоящему изобретению, имеющие формулы 1+4х(1+5) и 1+5х(1+5) соответственно; и также механические свойства контрольного троса С_Т многожильного типа.

Указанный "контрольный" трос С_Т представлен в верхней части графика фиг. 3 напротив характеризующей его кривой "усилие-деформация" и состоит из 4 жил Т'', которые содержат 6 стальных проволок f_m' диаметром 0,26 мм (этот трос С_Т, известный как "24,26", в настоящее время используется заявителем в выпускаемых им шинах для транспортных машин для земляных работ с размером "40/00 R 57").

Фиг.3 показывает значения жесткости R (daN) и относительное удлинение при разрыве At (%) для каждого из тросов С_Т, С₁, С₂.

Причем четыре других троса С_2бис, С_2тер, С_{2кватер} и С_{2квинкес} согласно настоящему изобретению (не показаны) соответственно являются вариантами указанного троса С₂ с формулой 1+5х(1+5).

В тросе С_2бис указанный внутренний слой С_i состоит из имеющей определенный размер нити полиэтилентерефталата (диаметр d_i, равный 1 мм), 5 жил Т₂, каждая из которых состоит из 6 стальных проволок диаметром 0, 26 мм, и указанные шаги p_e^' и p_iсоответственно равны 5,5 и 9,9 м в направлениях S/S намотки.

В тросе С_2тер внутренний слой C_i является многонитевым типом и состоит из двух трощеных скрученных вместе нитей из полиэтилентерефталата; при этом каждая из них имеет линейную массу 440 текс и составлена из двух нитей с массой по 220 текс. Каждая из 5 жил Т₂ состоит из 6 стальных проволок диаметром 0,26 мм, и шаги p_e^' и p_iсоответственно равны 5,5 и 9,9 м в направлениях S/S намотки.

В тросе С_{2кватер} внутренний слой C_i является многонитевым типом и состоит из двух трощеных скрученных вместе нитей из полиэтилентерефталата; при этом каждая из них имеет линейную массу 440 текс и составлена из двух нитей с массой по 220 текс. Каждая из 5 жил Т₂ состоит из 6 стальных проволок диаметром 0,26 мм, и шаги p_e^' и p_iсоответственно равны 5,8 и 11,5 м в направлениях S/S намотки.

В тросе С_{2квинкес}внутренний слой C_i является многонитевым типом и состоит из двух трощеных скрученных вместе нитей из полиэтилентерефталата (ПЭТ); при этом каждая скрутка имеет линейную массу 334 текс и составлена из двух нитей с массой по 167 текс. Каждая из 5 жил Т₂ состоит из 6 стальных проволок диаметром 0,26 мм, и указанные шаги p_e^' и p_iсоответственно равны 5,2 и 9,5 м в направлениях S/S намотки.

Приводимая ниже Таблица 1 показывает механические свойства каждого троса С_Т, С₁,С₂, С_2бис, С_2тер, С_{2кватер} и С_{2квинкес}; измерения сделаны на этих тросах по отдельности (т.е. до их включения составную ткань).

Также было проверено, что каждый трос согласно настоящему изобретению с многонитевым сердечником C_i, т.е. C_2тер, C_{2кватер}и C_{2квинкес} выполнен таким образом, что сердечник C_i короче внешнего слоя, сформированного жилами в осевом направлении троса, в противоположность тросам согласно настоящему изобретению с мононитевым сердечником C_i, таким как C_2бис, в котором указанный сердечник C_i в осевом направлении длиннее.

Результат этой осевой укороченности многонитевого сердечника заключается в том, что он не плавится при электросварке, соединяющей концы двух тросов друг с другом; и это означает, что тросы согласно настоящему изобретению с многонитевым сердечником не препятствуют сварке.

Еще один результат этой осевой укороченности заключается в том, что "прямонитевые" тросы легче изготавливать, поскольку нет необходимости отрезать лишнюю длину сердечников.

Ходовые испытания шин, в которых слои защиты коронной зоны защищены тросами C₁и C₂согласно настоящему изобретению или контрольным тросом C_Т

Ходовые испытания были выполнены на транспортных средствах с шинами для транспортных машин для земляных работ размера "18.00R33хP51" - сначала на грунте с острыми камнями и затем на грунте, покрытом более скругленными камнями, чтобы дать оценку сопротивления соударениям и перфорации испытываемых шин, т.е. "контрольных" шин Р_Т и шин Р₁ и Р₂ согласно настоящему изобретению.

В каждом из их слоев NSP1 и NSP2 защиты коронной зоны "контрольные" шины Р_Т имеют указанные "контрольные" тросы С_Т (формулы "25.26") с плотностью d тросов/дм ткани, равной 40, и с каучуковой перемычкой шириной L между соседними тросами, равной 0,6 мм (расстояние между соответствующими осями двух соседних тросов С_Т составляет 2,5 мм и диаметр тросов С_Т составляет 1,9 мм).

В каждом из их двух слоев NSP1 и NSP2 защиты коронной зоны первые шины согласно изобретению Р₁содержат указанные тросы С₁ согласно изобретению (с формулой 1+4х(1+5), с плотностью d, равной 31, и с каучуковой "перемычкой" шириной L до 0,8 мм (расстояние между соответствующими осями двух соседних тросов С₁ составляет 3,2 мм, и диаметр тросов С₂ составляет 2,4 мм).

В каждом из их двух слоев NSP1 и NSP2 защиты коронной зоны вторые шины согласно изобретению Р₂ содержат указанные тросы С₂ согласно изобретению (с формулой 1+4х(1+5), с плотностью d, равной 28, и с каучуковой "перемычкой" шириной L до 0,6 мм (расстояние между соответствующими осями двух соседних тросов С₂ составляет 3,5 мм, и диаметр тросов С₂ составляет 2,9 мм).

По окончании времени испытания качение прекращали и испытываемые шины затем "разнимали". По каждому типу шин подсчитывалось следующее:

- число прорезов в протекторе, затем в радиально нижних слоях защиты коронной зоны (NSP2, затем NSP1 - радиально внутрь) и затем в рабочих слоях коронной зоны (NST2 и NST1 - радиально внутрь);

- число сломанных тросов в каждом слое коронной зоны: NSP2, NSP1, NST2, NST1; и

- число и соответствующие площади "вздутий" между слоем NSP2 защиты коронной зоны и слоем под протектором (эти "вздутия" или отделившиеся участки в основном обусловлены распространением разрывов в радиально верхнем составе шины, и их площадь оценивалась усреднением их до эллипсов).

Таблица 2 ниже показывает результаты, полученные в качестве относительных значений по отношению к "контрольным" шинам Р_Т,для которых число прорезов, число сломанных тросов и число и площадь "вздутий" все взяты с базовым значением 100. Для шин Р₁и Р₂ согласно настоящему изобретению соответствующие значения соотнесены с этими "контрольными" значениями (т.е. они выражены в процентах, соответственно выше или ниже 100, если их абсолютные значения ниже или выше абсолютных "контрольных" значений).

Эти результаты показывают, в частности, что в слоях NSP2 и NSR1 защиты коронной зоны, усиленных комбинированными многослойными тросами С₁ и С₂ согласно настоящему изобретению, с одной стороны, число тросов, сломанных в каждом слое усиления коронной зоны, и, с другой стороны, число и площадь "вздутий", сформированных по причине отделения, значительно меньшие по сравнению со слоями NSP1 NSP2, усиленными "контрольными" многожильными тросами С_Т.

Результаты также показывают, что слои NSP2 NSP1, усиленные этими тросами С₁ и С₂,дают в среднем уменьшение числа прорезей между протектором и рабочими слоями короны.

Необходимо отметить, что с точки зрения сопротивления соударению и перфорации наилучшие результаты получены с шинами, включающими в себя тросы С₂согласно настоящему изобретению, как в отношении числа прорезей, так и в отношении числа сломанных тросов и числа "вздутий".

Реферат

Изобретение относится к комбинированным многослойным тросам, которые могут использоваться для усиления защитного слоя коронной зоны шин тяжелых транспортных средств. Комбинированный многослойный трос содержит неметаллический внутренний слой и ненасыщенный внешний слой, содержащий пряди. Каждая прядь металлическая и намотана спирально вокруг внутреннего слоя. Трос имеет относительное удлинение при разрыве At, измеряемое натяжением согласно стандарту ISO 6892, превышающее 7%. Изобретение также раскрывает композитную ткань для использования в качестве слоя защиты коронной зоны шин транспортных средств. Техническим результатом заявленного изобретения является повышение срока службы изделий. 5 н. и 32 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 табл.

Формула